使用單電源的運放交流放大電路(含同相和反相輸入式)

使用單電源的運放交流放大電路
在採用電容耦合的交流放大電路中，靜態時，當集成運放輸出端的直流電壓不為零時，由於輸出耦合電容的隔直流作用，放大電路輸出的電壓仍為零。所以不需要集成運放滿足零輸入時零輸出的要求。因此，集成運放可以採用單電源供電，其-VEE端接"地"(即直流電源負極)，集成運放的+Vcc端接直流電源正極，這時，運放輸出端的電壓V0隻能在0～+Vcc之間變化。在單電源供電的運放交流放大電路中，為了不使放大后的交流信號產生失真，靜態時，一般要將運放輸出端的電壓V0設置在0至+Vcc值的中間，即V0=+Vcc／2。這樣能夠得到較大的動態範圍；動態時，V0在+Vcc／2值的基礎上，上增至接近+Vcc值，下降至接近0V，輸出電壓uo的幅值近似為Vcc／2。 圖3請見原稿

1．2．1 單電源同相輸入式交流放大電路
圖3是使用單電源的同相輸入式交流放大電路。電源Vcc通過R1和R2分壓，使運放同相輸入端電位由於C隔直流，使RF引入直流全負反饋。所以，靜態時運放輸出端的電壓V0=V-≈V+=+Vcc／2；C通交流，使RF引入交流部分負反饋，是電壓串聯負反饋。放大電路的電壓增益為
放大電路的輸入電阻Ri=R1／R2／rif≈R1／R2，
放大電路的輸出電阻R0=r0f≈0。
1．2．2 單電源反相輸入式交流放大電路
圖4是使用單電源的反相輸入式交流放大電路。電源V cc通過R1和R 2分壓，使運放同相輸入端電位

為了避免電源的紋波電壓對V+電位的干擾，可以在R2兩端並聯濾波電容C3，消除諧振；由於C1隔直流，使RF引入直流全負反饋。所以，靜態時，運放輸出端的電壓V0=V-≈V+=+Vcc／2；C1通交流，使RF引入交流部分負反饋，是電壓並聯負反饋。放大電路的電壓增益為

放大電路的輸入電阻Ri≈R，放大電路的輸出電阻R0=r0f≈0。

2 運放交流放大電路的設計
在設計單級運放交流放大電路時，
(1)選擇能夠滿足使用要求的集成運算放大器。在採用電容耦合的交流放大電路中，由於電容隔直流，交流放大電路輸出的溫度漂移電壓很小。因此，對集成運放漂移性能的要求可以降低，主要從轉換速率、增益帶寬、雜訊等方面來考慮選用集成運放。對脈衝信號、寬頻帶交流信號和視頻信號等，應選用轉換速率較高、增益帶寬至少是最高工作頻率10倍的集成運放。對音質要求比較高的音頻交流放大電路中常採用高速低雜訊的集成運放，如雙運放的4558、NE5532等。
(2)確定採用雙電源供電動是單電源供電。在使用條件許可的情況下，運放交流放大電路盡量採用雙電源供電方式，以增大線性動態範圍。當集成運放雙電源使用時，正、負電源電壓一般要對稱。且電源電壓不要超過使用極限，電源濾波要好。為了消除電源內阻引起的低頻自激，常常在正、負電源接線與地之間分別加0．01～0．1 μF的電容退耦。使用單電源供電時，運放同相輸入端電位要小於該運放的最大共模輸入電壓。


該放大電路輸入電阻Ri≈R3，當R3值 圖5見原稿選擇大時，放大電路輸入電阻Ri值就大。所以明顯地提高了放大電路的輸入電阻。

(5)確定交流放大電路中的電阻值。一般應用中阻值在1～100kΩ之間比較合適。高速的應用中阻值在100Ω～1k Ω之間，但會增大電源的消耗。便攜設計中阻值在1～10M Ω之間，但會增大系統雜訊。先設定圖中運放反向輸入端R電阻值，根據相關電路的電壓增益計算式，再估算出反饋電阻RF的值。最好採用金屬膜電阻，以減小內雜訊。
(6)確定放大電路中的電容值。信號耦合電容的大小決定放大電路的低頻特性。根據交流放大電路信號頻率的高低選擇耦合電容值。若放大的是低頻交流信號，如音頻信號，耦合電容值可選擇1～22 μF之間；若放大的是高頻交流信號，耦合電容值可選擇1000pF～0．1 μ F之間。同相輸入式交流放大電路引入直流全反饋的隔直流電容值由C=1／20πfR式估算。式中f是輸入信號的最低頻率。音頻信號的最低頻率為20Hz，當R≥1k Ω時，經過上式估算，選擇C=100 μF時，已經能夠滿足要求。濾波電容值選擇100～1000 μ F之間。